2021年12月13日 | tiny4412 裸机程序 八、重定位到DRAM及LCD实验

一、实验原理

上一章已经解释的很清楚了，如何将所要运行的user_bin程序定位到DRAM中，这一章要进行重定位到DRAM后运行LCD程序，实际上一章中BL2中程序可以不用改动，直接重写我们的USER目录下的程序即可，将USER目录下的LED灯闪烁程序用LCD程序替换就行，最后编译出的程序名字也叫user_bin.bin即可，这样也可以用上一章中的fast_fuse.sh进行烧写到SD卡运行。

1、LCD控制器

Exynos4412的LCD控制器可以通过编程支持不同LCD屏的要求，例如行和列像素数，数据总线宽度，接口时序和刷新频率等。LCD控制器的主要作用，是将定位在系统存储器中的显示缓冲区中的LCD图像数据传送到外部LCD驱动器，并产生必要的控制信号，例如RGB_VSYNC,RGB_HSYNC, RGB_VCLK等。

图8-1、Exynos4412 LCD控制器框图

如上图8-1所示，在Exynos4412规格书中截图，LCD控制器的构成主要由VSFR,VDMA,VPRCS , VTIME和视频时钟产生器几个模块组成：

（1）、VSFR由121个可编程控制器组，一套gammaLUT寄存器组（包括64个寄存器），一套i80命令寄存器组（包括12个寄存器）和5块256*32调色板存储器组成，主要用于对lcd控制器进行配置。

（2）、VDMA是LCD专用的DMA传输通道，可以自动从系统总线上获取视频数据传送到VPRCS，无需CPU干涉。

（3）、VPRCS收到数据后组成特定的格式（如16bpp或24bpp），然后通过数据接口（RGB_VD, VEN_VD, V656_VD or SYS_VD）传送到外部LCD屏上。

（4）、VTIME模块由可编程逻辑组成，负责不同lcd驱动器的接口时序控制需求。VTIME模块产生 RGB_VSYNC, RGB_HSYNC, RGB_VCLK, RGB_VDEN,VEN_VSYNC等信号。

Exynos4412的LCD主要特性：

（1）、支持4种接口类型：RGB/i80/ITU601(656)/YTU444

（2）、支持单色、4级灰度、16级灰度、256色的调色板显示模式

（3）、支持64K和16M色非调色板显示模式

（4）、支持多种规格和分辨率的LCD

（5）、虚拟屏幕最大可达16MB

（6）、5个256*32位调色板内存

（7）、支持透明叠加

2、接口信号

LCD的FIMD显示控制器全部信号定义如下表8-1所示

表8-1、LCD接口信号表

其中主要的RGB接口信号：

（1）、LCD_HSYNC:行同步信号，表示一行数据的开始，LCD控制器在整个水平线（整行）数据移入LCD驱动器后，插入一个LCD_HSYNC信号；

（2）、LCD_VSYNC: 帧同步信号，表示一帧数据的开始，LCD控制器在一个完整帧显示完成后立即插入一个LCD_VSYNC信号，开始新一帧的显示；VSYNC信号出现的频率表示一秒钟内能显示多少帧图像，称为“显示器的频率”

（3）、LCD_VCLK：像素时钟信号，表示正在传输一个像素的数据；

（4）、LCD_VDEN:数据使能信号；

（5）、 LCD_VD[23:0]: LCD像素数据输出端口

3、RGB信号的时序

如下图8-2是LCD的RGB接口工作时序图，图中各时钟延时参数的含义如下，这些配置可以在所使用的LCD规格书中查取：

（1）、相关参数说明

VBPD(vertical back porch)：表示在一帧图像开始时，垂直同步信号以后的无效的行数。

VFBD(vertical front porch)：表示在一帧图像结束后，垂直同步信号以前的无效的行数。VSPW(vertical sync pulse width)：表示垂直同步脉冲的宽度，用行数计算。

HBPD(horizontal back porch)：表示从水平同步信号开始到一行的有效数据开始之间的VCLK的个数。

HFPD(horizontal front porth)：表示一行的有效数据结束到下一个水平同步信号开始之间的VCLK的个数。

HSPW(horizontal sync pulse width)：表示水平同步信号的宽度，用VCLK计算。

（2）、帧的传输过程

VSYNC信号有效时，表示一帧数据的开始，信号宽度为（VSPW +1）个HSYNC信号周期，即（VSPW +1）个无效行；

VSYNC信号脉冲之后，总共还要经过（VBPD+ 1）个HSYNC信号周期，有效的行数据才出现； 所以，在VSYNC信号有效之后，还要经过（VSPW +1  + VBPD + 1）个无效的行；

随即发出（LINEVAL+ 1）行的有效数据；

最后是（VFPD + 1）个无效的行。

（3）、行中像素数据的传输过程

HSYNC信号有效时，表示一行数据的开始，信号宽度为（HSPW+ 1）个VCLK信号周期，即（HSPW +1）个无效像素；

HSYNC信号脉冲之后，还要经过（HBPD +1）个VCLK信号周期，有效的像素数据才出现；

随后发出（HOZVAL+1）个像素的有效数据；

最后是（HFPD +1）个无效的像素。

（4）、将VSYNC、HSYNC、VCLK等信号的时间参数设置好之后，并将帧内存的地址告诉LCD控制器，它即可自动地发起DMA传输从帧内存中得到图像数据，最终在上述信号的控制下RGB数据出现在数据总线VD[23:0]上。用户只需要把要显示的图像数据写入帧内存中。

其实现实的图像有像素点组成行、行组成场、场组成动画、动画叠加也就是3D的出现，也就是我们所说的“点动成线、线动成面、面动成体”。

图8-2、LCD的RGB工作时序图

4、LCD的硬件接口

图8-3、LCD的部分硬件电路图

5、16M（24BPP）色的显示模式

由于我的Tiny4412所用屏幕是S07，是24bit(A888)显示模式，即用24位的数据来表示一个像素的颜色，每种颜色使用8位。 LCD控制器从内存中获得某个像素的24为颜色值后，直接通过VD[23:0]数据线发送给LCD；在内存中，使用4个字节（32位）来表示一个像素，其中的3个字节从高到低分别表示红、绿、蓝，剩余的1个字节无效；

以上内容是我从以前调试uboot中LCD显示查阅到的资料整合，其主要来自于网络，网络上还有各种介绍LCD的相交资料，有兴趣的朋友可以自己深究，也可以参考我即将整理的UBOOT相关文档。

二、程序说明

下面对程序进行简要说明，这时我只对USER目录下的程序实现过程进行必要说明，其他相关细节，请自行对照手册来分析程序，这一章的程序我也进行必要的注释，

首先来看一下Makefile和sdram.lds start.S几个文件

1、USER/Makefile sdram.lds start.S

上面三个程序的说明请参考上一章，其主要作用就是将user_bin.bin中的而start.s链接地址设置为0X43E00000让程序重定们DRAM中时，就执行这个程序，而start.s唯一做的事就是跳转到main.c中的main函数执行。

2、USER/main.c

Mian函数很清楚，一开始调用lcd_init();然后调用lcd_clear_screen(0x000000)清屏，接着画一个十字，再画了几条水平线和一条垂直线，最后让LDE灯一直闪烁。

3、USER/LCD.C

首先需要说明的一点时，这个程序我参考了网上很多人关于S5PV210的写法，但或多或少总存在一些问题，最后在FriendlyARM的BBS的论坛上一个ID号为“赵远远”提供的lcd_chinese_char程序，这个程序初始化流程可以很好的工作。所以，这个程序里的初始化部分主要取自于此！

lcd_init()

3.1、寄存器设置方法

如下面两句话所示：

#define LCDBLK_CFG (*(volatile unsigned int *)0x10010210)

LCDBLK_CFG = a;

语句中0x10010210是寄存器LCDBLK_CFG的地址，(volatileunsigned int *)0x10010210是将此0x10010210值强制转换成一个指向unsigned int的指针，volatile作用是防止编译器优化，再在外面加一个*就是取0x10010210地址处的值了，所以用LCDBLK_CFG就可改写0x10010210处的数据，

下面来按着LCD的初始化顺序进行说明。

3.2、定义IO引脚功能为RGB接口。

由上图8-3所示，所用的GPIO口分别是GPIO的F口的0/1/2/3四组，查看手册可知要想将其设置为LCD的RGB接口，只需要将其设置为2即可。同时将其IO口设置成为内部上拉，且将其驱动能力设置为最强代码如下：

GPF0CON = 0x22222222;                                    

GPF1CON = 0x22222222;

GPF2CON = 0x22222222;

GPF3CON = 0x00222222;

// Set pull-up,down disable

GPF0PUD = 0x0000FFFF;

GPF1PUD = 0x0000FFFF;

GPF2PUD = 0x0000FFFF;

GPF3PUD = 0x00000FFF;

//MAX drive strength---------//

GPF0DRV = 0x0000FFFF;

GPF1DRV = 0x0000FFFF;

GPF2DRV = 0x0000FFFF;

GPF3DRV = 0x00000FFF;

3.3、接着设置LCD相关时钟寄存器

这一步主要设置选择LCD时钟输入源为MPLL，且不对其进行分频，同时设置LCDBLK_CFG使其使用FIMD接口，且设置LCDBLK_CFG2使其PWM输出使能，其实，LCDBLK_CFG2可以不用设置。

3.4、清除Fram Buffer处的数据

这里调用一个Memset()函数，对地址0x54000000处，0X200000大小的DRAM进行初始化为统一值，一开始我设置为，后来为了调试，我将其设置为0xff00，即可以显示为绿色。

3.5、设置VIDCONx,设置接口类型，时钟分频，极性以及使能LCD控制器等

A、VIDCON0参考数据手册，这一个寄存器主要设置接口类型和时钟分频，这里仅仅设置了其时钟分频值。参考S07的手册，找到时像素时钟。由于我们的MPLL为800MHZ，所以这里设置值，根据手册进行计算，要得到33.3MHZ左右的像素时钟，所以寄存器第6~13bit设置为23.其他都保持为0即可。

代码如下：

VIDCON0 = (23 << 6);

此代码中也给出了如下代码风格的写法，后面很多寄存器配置我也均写好相类似风格的代码，但我要遗憾的说一声，这种风格的写法且总不能执行成功，LCD像是初始化成功，但且不能将图形给画出，这在此比对代码比对了很久，也没有找出原由来，所以这里代码中可运行的部分是受高手唾弃的一种写作风格，同时也给出了另一种写作风格的代码，希望细心的网友能发现其中那里我设置有差别，而让后一种风格的代码能正常运行。

// #define EXYNOS_VIDCON0_CLKVAL_F(x)                       (((x) & 0xff) << 6)

//VIDCON0 = EXYNOS_VIDCON0_CLKVAL_F(23);  //not use this method ,it does not work???

B、VIDCON1主要设置像表时钟信号一直存在，且高电平有效，而IHSYNC=1，极性反转IVSYNC=1，极性反转，这是由于S07的时序图中VSYNC和HSYNC都是低脉冲有效，而Exynos4412芯片手册时序图，如上图8-2所示：VSYNC和HSYNC都是高脉冲有效，所以需要反转。

C、VIDTCONx用来设置时序和长宽等参数，这里就主要设置VBPD(vertical back porch)、 VFBD(vertical frontporch)、VSPW(vertical sync pulse width)、HBPD(horizontal backporch)、 HFPD(horizontal sync pulse width)等参数，参数的意义前面已有简要说明，这里简单用图片的方式说明如何取值。

如下图8.4所示是VIDTCON0取值过程，VIDTCON0设置帧同步时序。

图8-4、VIDTCON0寄存器取值参考图

VBPDE与RGB接口无关，不用关心，所以其代码设置如下：

VIDTCON0 = (22 << 16) | (21 << 8) | (0);

如下图8.5所示是VIDTCON1取值过程，VIDTCON1设置像素同步时序。

图8-5、VIDTCON1寄存器取值参考图

VFPDE与RGB接口无关，不用关心，所以其代码设置如下：

VIDTCON1 = (45 << 16) | (209 << 8) | (0);

如下图8-6所示，为寄存器VIDTCON2设置取值要点：

图8-6、VIDTCON2寄存器取值参考图

VIDTCON2 = (479 << 11) | 799;

D、设置WINCON0寄存器，即设置数据格式。

Exynos4412的LCD控制器有overlay功能，它支持5个window。这里只使用window0，设置其代码RGB模式为24bit(A888)且使能window0，其相关的代码设置如下：

WINCON0 = (11 << 2) | 1;

E、设置VID0SD0A/B/C，即设置Window0的坐标系。

相关代码如下：

VIDOSD0A = 0;

VIDOSD0B = (799 << 11) | 479;

VIDOSD0C = 480 * 800;

F、配置VIDW00ADD0B0和VIDW00ADD1B0，设置framebuffer的地址；

相关代码如下：

VIDW00ADD0B0 = LCD_VIDEO_ADDR;

VIDW00ADD1B0 = LCD_VIDEO_ADDR + VIDOSD0C * 4;

G、配置SHADOWCON和WINCHMAP2、选择使能DMA通道0。由于我们使用的是Window0，所以需要使能DMA通道0；

相关代码如下：

SHADOWCON |= 1;

WINCHMAP2 &= ~(7 << 16);

WINCHMAP2 |= 1 << 16;

WINCHMAP2 &= ~7;

WINCHMAP2 |= 1;

H、最后设置VIDCON0低两位使能LCD，代码如下：

VIDCON0 |= 3;

我们不需要使用很强大的功能，所有只需设置这几个寄存器即可。

lcd_draw_pixel()

经过lcd_init()初始化LCD控制器之后，我们就可以在LCD上描绘图形了，代码里的所有绘制图形的函数都是基于lcd_draw_pixel()这个函数，它的作用是在LCD上描绘一个点，通过描绘一个个的点最终会可以组成图形了。在LCD上描点的本质就是往Frame Buffer中写入颜色值而已。LCD控制器自己会去读所定义的Frame Buffer内存位置处读取数据，然后输出到LCD。

lcd_draw_pixel()这个函数以及后面几个画水平线、垂直线和十字的函数我完成COPY了《Linux平台下Mini210S裸机程序开发指南》里的代码，下面我们仅仅COPY说明一下此函数，其代码如下：

void lcd_draw_pixel(int row, int col, intcolor)

{

unsigned long * pixel = (unsigned long *)LCD_VIDEO_ADDR;

*(pixel + row * COL + col) = color;

}

其中LCD_VIDEO_ADDR = 0x54000000，即framebuffer的基地址，这个值只要是DRAM中，一块可分配16M大小的DRAM的一个地址即可。row和col用来决定偏移，color是颜色值，只要在framebuffer中对应的地址处写入颜色值就可以在LCD上描绘出该点。

后面其他函数很简单，这里就不费时间做过多说明。

三、完整的烧写过程

已将SD卡插入电脑，假设linux识别了SD卡，其识别号为sdb。执行下面命令：

# chmod 777 –R 7_sdram_LCD

# cd 7_sdram_LCD

# make

# ./ fast_fuse /dev/sdb

四、上电实验

将sd卡插入Tiny4412中，选择sd卡启动，和电脑能过串口0连接好，打开一个串口调试助手，然后上电，可以看到以下现象：

串口助手中会显示一些信息，LCD初始化完成后，LCD屏幕首先会显示一整幅的绿色背景。 一两秒钟后，会显示Mian()函数中所画的几条横线和一条竖线以及一个十字，板上的LED灯会一直闪烁。

前面说过，这一章中留有一点问题，就是两种写法，同样的设置，为什么第二种代码风格却不能运行，我自己用人眼对比了好多次，也没有发现代码那里有问题，没办法人眼排查，只能试着将串口重新初始化，然后打印出相关信息，找出原因吧。